PARTIE 8 - BAC PRO

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1- Conducteurs électriques – Sens du courant
1-1 Les métaux
Plus un électron est éloigné du noyau, plus sa force d’attractivité diminue. Certains des électrons
peuvent s’échapper et se déplacer d’un atome à l’autre. Ce sont les électrons libres. Au repos,
lorsqu’il y a aucune action électrique sur le métal, ce mouvement est incessant et désordonnée.
Si l’on branche un générateur aux extrémités d’un morceau de métal, les électrons libres se déplace
tous ensemble, de la borne
vers la borne
du générateur.
Ce déplacement ordonné des électrons libres assure le passage du courant.
Corrigé du cours
Le sens conventionnel du courant : sens contraire du sens des électrons. De la borne
vers la borne
1-2 Les solutions ioniques
La présence d’ions en solution (Cations et anions) permet le passage du courant. Il est
dû au déplacement des ions dans deux sens opposés. Les cations
vers la borne
négative et les anions
vers la borne positive.
2- Les générateurs
Les générateurs (piles) ont la capacité de mettre en mouvement les porteurs de charges (électrons
libres d’un métal ou les ions d’une solution). Ils sont à l’origine du courant électrique.
On peut faire une analogie d’un circuit en fonctionnement consiste à un circuit hydraulique fermé
alimenté par une pompe.
Le débit (nombre d’électrons qui circule par unité de
temps) de la pompe figure le courant électrique, il
s’exprime en Ampère (A).
L’eau s’élève plus haut à la sortie de la pompe. Cette
différence de pression ce qui correspond à une
différence de potentielle. En électricité c’est la tension
et elle se mesure en volts (V).
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1- Le multimètre
Affichage
Partie Ampèremètre
Calibres utilisés :
(10 A ; 200 mA ; 20 mA ; 2 mA ; 200 µA)
Partie Voltmètre
Calibres utilisés :
(200 mV ; 2 V ; 20 V ; 200 V ; 500 V)
Borne d’entrée du voltmètre
Bornes d’entrée de l’ampèremètre
10 A et mA
Borne de sortie du courant : COM
2- Mesure de l’intensité
L’appareil est un multimètre que l’on utilise en tant que AMPÈREMETRE
① Symbole de l’ampèremètre :
Manipulation de
l’ampèremètre
A
② Branchement : Toujours en série dans le circuit électrique.
3- Mesurer l’intensité du courant dans un circuit
Faire le schéma du montage en utilisant les symboles
normalisés.
4- Grandeur et unités
La grandeur mesurée est l’intensité (I) et l’unité est l’Ampère de symbole : A
Sous multiple : le milliampère (mA) ; 1 A  1000 mA
Convertir les mesures suivantes :
250 mA → ............................ A ; 4,6 A → …..……………….…. mA ; 2,7 mA → ………………….. A
0,12 A → ……………….…….. mA ; 26 mA → .......................... A ; 32 A → .................... mA
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5- Mesurer une tension électrique
L’appareil est un multimètre que l’on utilise en tant que VOLTMÈTRE
① Symbole du voltmètre :
Manipulation du
voltmètre
V
② Branchement : Toujours aux bornes d’un récepteur. (En dérivation)
6- Tension aux bornes d’un dipôle
Faire le schéma du montage en utilisant les symboles
normalisés.
7- Grandeur et unités
La grandeur mesurée est la tension (U) et l’unité est le Volt de symbole V.
Multiple et sous multiple : le millivolt (mV) ; 1 V  1000 mV
et le kilovolt (kV) ; 1 kV  1000 V
Convertir les mesures suivantes :
40 mV → ........................... V ; 4,5 V → ………………...……. mV ; 1,4 mV → ……………….….. V
0,12 kV → …….…………..….. V ; 240 V → ………………...……. kV ; 12 V → ………………...……. mV
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1- Rôle d’une résistance dans un circuit
On réalise un circuit en dérivation contenant deux ampoules
identiques. Dans l’une des branches, on rajoute une
résistance.
I2
G
I1
A1
A2
En regardant l’image attribuer les deux intensités I1 et I2 aux deux ampèremètres et conclure
2- Loi d’Ohm appliquée a un dipôle résistif
On place dans un circuit en série un générateur, une
résistance (R), un rhéostat. On mesure l’intensité (I)
parcourue dans le circuit avec un ampèremètre et la
tension (U) aux bornes de la résistance.
On fait varier le curseur du rhéostat et l’on relève
les deux grandeurs électriques U (tension) et I
(intensité) aux bornes du dipôle résistif. On trace U
en fonction de I.
Que constatez-vous ? Avec quel modèle mathématique
peut-on associé cette courbe. Proposer une conclusion.
Corrigé du cours
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3- Loi d’Ohm
Pour un conducteur ohmique (résistance ou dipôle résistif ou résistor), l’intensité
tension
sont des grandeurs proportionnelles.
Symbole
Grandeur
Unité
U
Tension
Volt
(V)
R
Résistance
Ohm
()
I
Intensité
Ampère
(A)
et la
Corrigé du cours
4- Applications
Ex n°1 : On applique une tension de
aux bornes d’une résistance de
① Rappeler la loi d’Ohm et exprimer I en fonction de U et R.
② Quelle est l’intensité qui circule dans ce conducteur ?
Corrigé de
l’exercice
Ex n°2 : L’intensité qui traverse un conducteur ohmique de résistance 47 Ω, est de 170 mA.
Rappeler la loi d’Ohm puis calculer la tension appliquée à ses bornes.
Corrigé de
l’exercice
Ex n°3 : Un courant de 33,2 mA traverse un conducteur ohmique, lorsque la tension entre ses bornes
est de 9 V.
① Rappeler la loi d’Ohm et exprimer la résistance (R) en fonction de la tension (U) et l’intensité (I).
② Calculer la valeur de la résistance du conducteur ohmique.
Corrigé de
l’exercice
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Ex n°4 : Une résistance de 60  est traversée par un courant de 20 mA.
① Quelle est la tension mesurée à ses bornes ?
② La tension reste constante, que se passe t-il pour l’intensité dans le circuit si on augmente la
résistance ?
③ Même question mais si l’on diminue la résistance ?
④ Quelle est l’intérêt de mettre des résistances dans un circuit ?
Corrigé de
l’exercice
Ex n°5 : On a tracé ci-contre la caractéristique d’une
résistance
.
① Quelle est la tension
mesurée pour une
intensité de
?
② Quelle est l’intensité
mesurée pour une
tension de
?
③ Calculer en Ohm, la valeur de cette résistance.
④ Tracer sur le graphique la caractéristique d’une
résistance de
. Expliquer votre démarche.
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1- Puissance nominale
L’indication portée sur le culot est la puissance consommée par cette ampoule ou puissance
nominale. Indiquer la puissance nominale de cette ampoule.
2- La puissance électrique en courant continu
L’expression de la puissance électrique est donnée par :
Symbole
Grandeur
Unité
P
Puissance
Watt
(W)
U
Tension
Volt
(V)
I
Intensité
Ampère
(A)
Corrigé du cours
3- Applications
Ex n°1 : Lorsque cette ampoule fonctionne normalement, la tension appliquée est égale à
, l’intensité ainsi mesurée est de
. Calculer la puissance P de cette ampoule.
Ex n°2 : Exprimer I en fonction de P et de U, puis calculer l’intensité qui circule
dans ce fer à repasser.
Ex n°3 : Une tension sur une lampe de puissance
① Exprimer U en fonction de P et de I.
② Calculer la tension U.
est parcourue par une intensité de
.
Corrigé des
exercices
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1- Activité
On place sur un réchaud électrique une casserole.
A partir de l’image proposée, répondre aux
questions suivantes :
① Quelle est la puissance de la plaque
chauffante ?
Préciser son unité en toute lettre.
② Convertir la puissance trouvée en Watt.
③ Quelle est la durée de fonctionnement de la plaque. On va noter cette durée
représente un intervalle de temps (
.
car elle
④ Le compteur EDF comptabilise l’énergie électrique qu’elle consomme. Calculer l’énergie
consommée par cette plaque chauffante.
⑤ L’énergie électrique est calculée en fonction de la durée d’utilisation de l’appareil. Plus la durée
de fonctionnement est grande, plus la consommation énergétique sera importante.
Proposer une relation entre les 3 grandeurs : Puissance
; Energie
et le temps
.
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2- Puissance - Energie
Un appareil puissant fournit beaucoup d’énergie par unité de temps.
La puissance consommée par un convertisseur d’énergie est l’énergie qu’il consomme par
unité de temps.
ou
Symbole
Grandeur
Unité
internationale
Unité usuelle
P
Puissance
Watt
(W)
Watt
(W)
t
Temps
seconde
(s)
heure
(h)
E
Energie
Joule
(J)
Watt.heure
(W.h)
Corrigé du cours
Remarque :
Multiples possibles.
→ Le kiloWatt (kW) : 1 kW  1 000 Watt
→ Le kilo.Watt.heure (kWh) : 1 kWh  1 000 W.h
3- Applications
Exercice n°1 : Cette ampoule fonctionne pendant
1-1 Convertir le temps (t) en secondes.
1-2 Calculer l’énergie en Joules.
.
Corrigé de
l’exercice
Exercice n°2 : Convertir les mesures suivantes :
110 Wh = ………………………….……. kWh
24 kWh = ………………………………….. Wh
2 kWh = ………………………………….. Wh
5 Wh = ………………………….….……. kWh
42,5 Wh = ……………………………………. kWh
0,6 kWh = ………………………………….. Wh
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Exercice n°3 : Un radiateur électrique fonctionne dans une journée 6 h 30 mn.
Sa puissance est de 1 500 W.
3-1 Convertir le temps (t) en heures.
3-2 Calculer l’énergie consommée en Wattheure dans cette journée.
3-3 Convertir en kiloWattheure le résultat trouvé.
Corrigé de
l’exercice
Exercice n°4 : Dans un four électrique de puissance
, la cuisson d’un poulet
demande
.
4-1 Convertir la puissance en Watt.
4-2 Convertir le temps en heure.
4-3 Exprimer l’énergie en fonction de la puissance et le temps. Et calculer l’énergie
consommée en Watt.heure.
4-4 Le coût de
est de
d’euro. Calculer le prix en euro. (€) de la consommation
électrique de cette cuisson.
Exercice n°5 : Calculer en Joules l’énergie absorbée par un radiateur électrique qui consomme un
courant de
sous une tension de
pendant
.
Corrigé de
l’exercice
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Exercice n°6 : Vous devez calculer la tension d’alimentation d’une résistance d’une bouilloire
qui consomme
en une minute sous une intensité de
.
6-1 Convertir l’énergie en Joules.
6-2 Exprimer la puissance P en fonction de l’énergie (E) et le temps (t). Calculer la puissance
(P) de cette bouilloire.
6-3 Exprimer la tension (U) en fonction de la puissance (P) et l’intensité (I). Calculer cette tension (U).
Exercice n°7 : Un circuit comprend, en série un générateur de tension à
résistance
.
7-1 Quelle est l’intensité parcourant le circuit.
7-2 Calculer la puissance thermique dissipée.
7-3 Calculer l’énergie produite en joules lors d’une utilisation de 2 minutes.
et un conducteur ohmique de
Exercice n°8 : Une plaque de cuisson de résistance
est traversée par un courant d’intensité
. Calculer :
8-1 La tension (U) aux bornes de la plaque.
8-2 La puissance thermique dissipée par la plaque.
8-3 L’énergie consommée par la plaque pendant 1 h 15 minutes d’utilisation en Wattheure.
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1- Transformation de l’énergie électrique
Réception de
Convertisseur
l’énergie
d’énergie
Energie électrique
Transformation en énergie
 Que remarque t-on ?
2- Loi de Joule
Dans un conducteur ohmique (une résistance), l’énergie électrique est intégralement
transformée en chaleur. Ce phénomène porte le nom d’effet Joule.
La puissance électrique :
Si l’on remplace U par
et La loi d’Ohm :
cela donne :
Alors :
Corrigé du cours
Si l’on remplace I par cela donne :
Alors :
symbole
Grandeur
Unités
internationales
P
Puissance
Watt
(W)
R
Résistance
Ohm
()
I
Intensité
Ampère
(A)
U
Tension
Volt
(V)
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3- Avantages de l’effet Joule
Chaque fois que toute la puissance dissipée est utilisée pour chauffer :
Exemples : Les radiateurs électriques ; les plaques de cuisson ; le ballon d’eau chaude ;
la cafetière électrique….
4- Inconvénients de l’effet Joule
Chaque fois que la chaleur n’est pas souhaitable.
Exemples : Un moteur électrique ; une ampoule électrique …
On parle alors de puissance perdue par effet Joule : Pertes Joules.
5- Applications
Ex n°1 : Une bouilloire contient dans sa cuve une résistance :
 L’intensité mesurée lors de
son fonctionnement est de
. Calculer la puissance dissipée par effet Joule de cette bouilloire.
Ex n°2 : Un radiateur électrique est alimenté sous une tension de
l’aide d’un ohmmètre et indique une valeur de
.
Calculer la puissance dissipée.
. On mesure sa résistance à
Corrigé des
exercices